השוואה בין ריתוך לייזר היברידי חד-מצבי-רב-מצבי-טבעתי

ריתוך הוא תהליך של חיבור שתי מתכות או יותר יחד באמצעות הפעלת חום. ריתוך בדרך כלל כרוך בחימום חומר לנקודת ההיתוך שלו כך שהמתכת הבסיסית נמסה וממלאת את הרווחים בין החיבורים ויוצרת חיבור חזק. ריתוך בלייזר היא שיטת חיבור המשתמשת בלייזר כמקור חום.

קחו לדוגמה את סוללת החשמל בעלת המארז המרובע: ליבת הסוללה מחוברת באמצעות לייזר דרך מספר חלקים. במהלך כל תהליך ריתוך הלייזר, חוזק חיבור החומר, יעילות הייצור ושיעור הפגמים הם שלושה נושאים שהתעשייה מודאגת מהם יותר. חוזק חיבור החומר יכול לבוא לידי ביטוי בעומק וברוחב החדירה המטלוגרפית (קשורים קשר הדוק למקור אור הלייזר); יעילות הייצור קשורה בעיקר ליכולת העיבוד של מקור אור הלייזר; שיעור הפגמים קשור בעיקר לבחירת מקור אור הלייזר; לכן, מאמר זה דן במקורות הנפוצים בשוק. נערכת השוואה פשוטה של ​​מספר מקורות אור לייזר, בתקווה לעזור למפתחי תהליכים אחרים.

כִּיריתוך לייזרריתוך לייזר הוא למעשה תהליך המרה מאור לחום, כאשר מספר פרמטרים מרכזיים מעורבים בו הם: איכות הקרן (BBP, M2, זווית סטייה), צפיפות אנרגיה, קוטר ליבה, צורת פיזור אנרגיה, ראש ריתוך אדפטיבי, עיבוד חלונות תהליך וחומרים הניתנים לעיבוד משמשים בעיקר לניתוח והשוואה של מקורות אור לייזר מכיוונים אלה.

השוואה בין לייזר חד-מצבי לרב-מצבי

הגדרה של מצב יחיד רב-מצבי:

מצב יחיד מתייחס לדפוס פיזור יחיד של אנרגיית לייזר על מישור דו-ממדי, בעוד שמצב רב-ממדי מתייחס לדפוס פיזור האנרגיה המרחבי שנוצר על ידי סופרפוזיציה של דפוסי פיזור מרובים. באופן כללי, ניתן להשתמש בגודל גורם איכות הקרן M2 כדי לשפוט האם פלט לייזר הסיבים הוא במצב יחיד או במצב רב-ממדי: M2 קטן מ-1.3 הוא לייזר במצב יחיד טהור, M2 בין 1.3 ל-2.0 הוא לייזר במצב יחיד (עם מעט מצבים), ו-M2 גדול מ-2.0 עבור לייזרים במצב רב-ממדי.

כִּיריתוך לייזרריתוך לייזר הוא למעשה תהליך המרה מאור לחום, כאשר מספר פרמטרים מרכזיים מעורבים בו הם: איכות הקרן (BBP, M2, זווית סטייה), צפיפות אנרגיה, קוטר ליבה, צורת פיזור אנרגיה, ראש ריתוך אדפטיבי, עיבוד חלונות תהליך וחומרים הניתנים לעיבוד משמשים בעיקר לניתוח והשוואה של מקורות אור לייזר מכיוונים אלה.

השוואה בין לייזר חד-מצבי לרב-מצבי

הגדרה של מצב יחיד רב-מצבי:

מצב יחיד מתייחס לדפוס פיזור יחיד של אנרגיית לייזר על מישור דו-ממדי, בעוד שמצב רב-ממדי מתייחס לדפוס פיזור האנרגיה המרחבי שנוצר על ידי סופרפוזיציה של דפוסי פיזור מרובים. באופן כללי, ניתן להשתמש בגודל גורם איכות הקרן M2 כדי לשפוט האם פלט לייזר הסיבים הוא במצב יחיד או במצב רב-ממדי: M2 קטן מ-1.3 הוא לייזר במצב יחיד טהור, M2 בין 1.3 ל-2.0 הוא לייזר במצב יחיד (עם מעט מצבים), ו-M2 גדול מ-2.0 עבור לייזרים במצב רב-ממדי.

כפי שמוצג באיור: איור ב' מציג את התפלגות האנרגיה של אופן בסיסי יחיד, וההתפלגות האנרגיה בכל כיוון העובר דרך מרכז המעגל היא בצורת עקומת גאוס. תמונה א' מציגה את התפלגות האנרגיה הרב-אופית, שהיא התפלגות האנרגיה המרחבית הנוצרת על ידי סופרפוזיציה של מספר אופני לייזר בודדים. התוצאה של סופרפוזיציה רב-אופית היא עקומה שטוחה.

לייזרים חד-מצביים נפוצים: IPG YLR-2000-SM, SM הוא קיצור של Single Mode. החישובים משתמשים במיקוד קולימטיבי 150-250 כדי לחשב את גודל נקודת המיקוד, צפיפות האנרגיה היא 2000W, וצפיפות אנרגיית המיקוד משמשת להשוואה.

השוואה בין מצב יחיד למצב מרובה מצביםריתוך לייזראפקטים

לייזר חד-מצבי: קוטר ליבה קטן, צפיפות אנרגיה גבוהה, יכולת חדירה חזקה, אזור מושפע חום קטן, בדומה לסכין חדה, מתאים במיוחד לריתוך לוחות דקים ולריתוך במהירות גבוהה, וניתן להשתמש בו עם גלוונומטרים לעיבוד חלקים זעירים וחלקים מחזירי אור גבוה (חלקים מחזירי אור במיוחד) אוזניים, חלקי חיבור וכו'), כפי שמוצג באיור למעלה, ללייזר חד-מצבי יש חור מנעול קטן יותר ונפח מוגבל של אדי מתכת פנימיים בלחץ גבוה, כך שבדרך כלל אין לו פגמים כמו נקבוביות פנימיות. במהירויות נמוכות, המראה מחוספס ללא נשיפה של אוויר מגן. במהירויות גבוהות, מוסיפה הגנה. איכות עיבוד הגז טובה, היעילות גבוהה, הריתוכים חלקים ושטוחים, ושיעור התשואה גבוה. הוא מתאים לריתוך מחסנית וריתוך חדירה.

לייזר רב-מצבים: קוטר ליבה גדול, צפיפות אנרגיה נמוכה מעט יותר מאשר לייזר חד-ממדי, סכין קהה, חור מנעול גדול יותר, מבנה מתכת עבה יותר, יחס עומק-רוחב קטן יותר, ובאותה עוצמה, עומק החדירה נמוך ב-30% מזה של לייזר חד-ממדי, ולכן הוא מתאים לשימוש לעיבוד ריתוך קת ועיבוד לוחות עבים עם פערי הרכבה גדולים.

ניגודיות לייזר טבעת מרוכבת

ריתוך היברידי: קרן לייזר מוליך למחצה באורך גל של 915 ננומטר ואלומת לייזר סיב באורך גל של 1070 ננומטר משולבות באותו ראש ריתוך. שתי קרני הלייזר מפוזרות קואקסיאלית וניתן לכוונן את מישורי המוקד של שתי קרני הלייזר בצורה גמישה, כך שלמוצר יש גם קרן מוליך למחצה.ריתוך לייזריכולות לאחר ריתוך. האפקט בהיר ובעל עומק של סיביםריתוך לייזר.

מוליכים למחצה משתמשים לעתים קרובות בנקודת אור גדולה של יותר מ-400 מיקרון, האחראית בעיקר על חימום מוקדם של החומר, המסת פני השטח של החומר והגדלת קצב הספיגה של החומר בלייזר סיבים (קצב הספיגה של החומר בלייזר עולה ככל שהטמפרטורה עולה)

לייזר טבעתי: שני מודולי לייזר סיבים פולטים אור לייזר, המועבר אל פני החומר דרך סיב אופטי מרוכב (סיב אופטי טבעתי בתוך סיב אופטי גלילי).

שתי קרני לייזר עם נקודת כתמים טבעתיים: הטבעת החיצונית אחראית על הרחבת פתח המנעול והתכת החומר, ולייזר הטבעת הפנימית אחראי על עומק החדירה, מה שמאפשר ריתוך בהתזה נמוכה במיוחד. ניתן להתאים בחופשיות את קוטר ליבת הספק הלייזר הטבעתית הפנימית והחיצונית, וקוטר הליבה ניתן להתאמה בחופשיות. חלון התהליך גמיש יותר מזה של קרן לייזר בודדת.

השוואה בין אפקטים של ריתוך מרוכב-מעגלי

מכיוון שריתוך היברידי הוא שילוב של ריתוך מוליכות תרמית מוליך למחצה וריתוך חדירה עמוקה בסיבים אופטיים, חדירת הטבעת החיצונית רדודה יותר, המבנה המטלוגרפי חד ודק יותר; יחד עם זאת, המראה הוא מוליכות תרמית, לבריכה המותכת יש תנודות קטנות, טווח גדול, והבריכה המותכת יציבה יותר, מה שמשקף מראה חלק יותר.

מכיוון שליזר הטבעת הוא שילוב של ריתוך חדירה עמוקה וריתוך חדירה עמוקה, הטבעת החיצונית יכולה גם לייצר עומק חדירה, מה שיכול להרחיב ביעילות את פתח המנעול. לאותה עוצמה יש עומק חדירה גדול יותר ומטלוגרפיה עבה יותר, אך יחד עם זאת, יציבות הבריכה המותכת מעט קטנה יותר. התנודות של מוליכים למחצה סיבים אופטיים גדולות מעט יותר מזו של ריתוך מרוכב, והחספוס גדול יחסית.